CC BY
270
2007
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер.З. Вып. 3
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
УДК 631.4
Я. Н. Матинян, К. Рейманн, К. А. Бахматова, А. В. Русаков
ФОНОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МЫШЬЯКА В ПАХОТНЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ
(по материалам Международного геохимического атласа)
Введение. Важнейшим компонентом экологической оценки сельскохозяйственных угодий является контроль загрязнения почв тяжелыми металлами и другими потенциально опасными элементами, поступающими из антропогенных источников, Мониторинг загрязнения невозможен в отсутствие надежной информации о фоновом содержании тех или иных элементов в почвах. Геохимия почв Европейской России в целом и Северо-Западного региона изучалась в различных аспектах [1-9]. Анализ литературных данных позволяет сделать заключение, что выявление фоновых значений содержания элементов в почвах Северо-Запада Европейской России связано с двумя основными проблемами: первая - несопоставимость результатов, полученных разными авторами с использованием различных методов отбора и анализа проб; вторая - высокая вариабельность состава почвооб-разующих пород и почв на данной территории, искл ючающая формальный подход к выбору точек отбора проб при мелкомасштабном картографировании. Методология данного исследования позволяет решить обе эти проблемы, получить базовые представления о геохимическом фоне пахотных земель Северо-Запада Европейской России и сопоставить его с данными других стран Северной Европы.
Объекты и методы исследования. В рамках международного проекта «The Baltic soil survey» геохимическое исследование водосборного бассейна Балтийского моря проводилось на территории десяти стран - Финляндии, Швеции, Норвегии, России, Германии, Полыни, Литвы, Латвии, Эстонии и Беларуси. Координатором проекта выступила Норвегия. Общая площадь картирования составляет примерно 2 ООО ООО км2. Плотность отбора - одна точка на 2500 км2 (квадрат со сторонами 50 км). Для исследования избирались наиболее характерные для каждого из квадратов ландшафты и местоположения, по возможности удаленные от стационарных источников загрязнения. Точки отбора проб были приурочены к массивам активно используемой пашни, преимущество отдавалось зерновым культурам. Отбор образцов проводился по единой методике (буры и полиэтиленовая тара были разосланы участникам проекта). В каждой точке отбирались 2 образца: из пахотного горизонта (ТОР) и из горизонта С (ВОТ). Количество точек отбора на территории России (Ленинградская, запад Псковской и Новгородской областей, юг республики Карелия) - 80. Подготовка образцов к анализу и количественное определение макро- и микроэлементов осуществлялись централизованно, чтобы исключить межлабораторную погрешность.
Определение валового содержания элементов рентгенфлуоресцентным методом проводилось в специализированной Лаборатории Федерального института наук о земле и природных
© Н. Н. Матинян, К. Рейманн, К. А. Бахматова, А. В, Русаков, 2007
ресурсах (BGR) в Ганновере (Германия). Образцы (фракция < 2мм) были перемолоты в агатовой мельнице. Подготовка проб для анализа осуществлялась путем их сплавления с солями лития в приборе Herzogl2/1500. Содержание Sn определялось с помощью прибора Philips PW1480 WD-XRF с Cr-трубкой. Содержание остальных элементов определялось на аппарате Philips PW2400 WD-XRF с Rh-трубкой. Более 50 сертифицированных эталонов использовалось для калибровочной процедуры.
Масс-спектрометрический анализ проводился на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой марки Perkin Elmer Sciex Elan 5000 в лаборатории GTK (Геологическая служба Финляндии). Предварительно осуществлялось разложение образцов, проводившееся в два этапа. Сначала путем озоления при 450 °С удаляли органическое вещество, затем выполняли процедуру декомпозиции смесью 40%-ной плавиковой (HF) и 70%-ной хлорной кислот. Метод экстракции HF позволяет определить практически полное содержание большинства микроэлементов, хотя в кислотной вытяжке не вполне растворяются элементы, связанные с устойчивыми минералами.
Данные по содержанию в образцах Cd получены в лаборатории GTK методом атомно-абсорб-ционной спектрометрии на синхронном атомно-абсорбционном спектрометре марки Perkin Elmer, SIMAA 6000. Извлечение элементов проводилось царской водкой (смесь трех объемов концентрированной соляной кислоты с одним объемом концентрированной азотной кислоты). Легкоподвижные соединения химических элементов извлекались ацетатно-аммонийной вытяжкой (1М ацетат аммония с рН 4.5), растворенные элементы определялись на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES) [10].
Для оценки характера распределения химических элементов в профиле почв использован коэффициент ТОР/ВОТ, равный отношению концентрации элемента в пахотном горизонте (ТОР) к его содержанию в породе (ВОТ). При ТОР/ВОТ<1 можно говорить о выносе элемента из пахотного горизонта, при ТОР/ВОТ>1 - о накоплении элемента в пахотном горизонте по отношению к породе. Несмотря на различия в плотности сложения в верхней и нижней частях профиля, этот коэффициент достаточно объективно отражает тенденцию концентрации или, напротив, рассеяния элемента в результате процессов почвообразования.
Математическая обработка данных проводилась централизованно с использованием DAS-программы [И].
Регион исследований расположен в пределах двух геоморфологических провинций: Балтийского кристаллического щита и Русской платформы. Для региона характерна хорошая сохранность форм рельефа, созданных валдайским оледенением, и относительная молодость ландшафтов. Материнские кристаллические (в пределах Балтийского щита) и осадочные (на Русской платформе) породы почти повсеместно перекрыты четвертичными отложениями. Почвообразую-щими породами региона являются ледниковые, флювиогляциальные, лимногляциальные отложения, а также аллювий и отложения современных озер. Ледниковые и водно-ледниковые отложения сформировались в поздневалдайское время, в течение четырех фаз оледенения (вепсовской, крестецкой, лужской и невской), разделенных короткими межстадиалами [12,13].
Степень сельскохозяйственной освоенности определяется сочетанием природных (различия в плодородии почв и биоклиматических характеристиках) и антропогенных (исторических, социально-экономических) факторов. Доля сельхозугодий колеблется в разных частях региона от 3 до 30% от общей площади, доля пашни от 3 до 20%. Наиболее высокий уровень сельскохозяйственной освоенности характерен для юго-запада исследованной территории, где сочетаются максимальная населенность и наилучшие агроклиматические показатели.
Результаты и их обсуждение. Статистически обработанные аналитические данные по содержанию микроэлементов в почвах приведены в табл. 1 и на рис. 1-6. Представления о содержании микроэлементов в почвах на разных породах дает табл. 2.
Медь. Среди 10 стран Балтийского региона высоким содержанием меди выделяются Швеция, Норвегия и Финляндия, затем - Россия (рис. 1). Медь связывается органическим веществом почв и минералами глин. В целом ее концентрация в почвах Северо-Западного региона России отличается высокой вариабельностью, отражая содержание глинистых минералов, биотита, пироксенов и амфиболов в почвах. В почвах России наиболее распространено содержание меди в пахотном горизонте - менее 20 мг/кг, в нижней части
профиля - порядка 10-30 мг/кг. Во всех почвах на ленточных глинах пахотный горизонт содержит свыше 30 мг/кг меди. Резко повышенное содержание меди по всему профилю характерно для почв на шунгитах: до 90-160 мг/кг в пахотном горизонте, 274 мг/кг - в нижней части профиля (см. табл. 2). Известно, что сланцы, особенно черные, к которым относятся шунгиты, являются осадочными породами, в наибольшей степени обогащенными медью. В ацетатно-аммонийную вытяжку переходит около 5% от валового содержания меди в пахотном горизонте. В большинстве проанализированных почв России валовое содержание меди в породе выше, чем в пахотном горизонте, однако аммоний-но-ацетатная вытяжка показывает обогащение пахотного горизонта доступной фракцией элемента. Низкие значения коэффициента ТОР/ВОТ для России связаны с высоким содержанием меди в породах. С содержанием меди коррелирует количество в почве целого ряда элементов, включая цинк (г=0.71), олово (г=0.56), кобальт (г=0.73), хром (г=0.71), никель (г=0.78).
Рис. 1. Содержание меди в пахотном горизонте почв и коэффициент ТОР/ВОТ.
Графически представлены: медиана - линия в центре прямоугольника («ящика»), верхний и нижний квартили - границы прямоугольника. Тонкие вертикальные линии, «усы», каждый из них в 1.5 раза длиннее «ящика» (направлены в сторону максимального и минимального значения величины). Значения величины, выходящие за пределы «усов», определяются как обособленные данные и обозначаются специальными символами. Квадратные скобки вокруг медианы показывают доверительный интервал, сравнимый с классическим доверительным интервалом (95%) для истинного среднего на основе нормального распределения. ТОР/ВОТ - коэффициент, характеризующий вынос или накопление элемента в пахотном горизонте по отношению к породе, XRF - содержание элемента определено рентгенфлуоресцентным методом, HF - содержание элемента определено методом атомной масс-спектрометрии. BEL - Белоруссия, EST - Эстония, FIN - Финляндия, GER - Германия, LAV - Латвия, LIT - Литва, NOR - Норвегия, POL - Польша, RUS - Россия, SWE - Швеция.
Стронций. Благодаря соответствующему ионному радиусу стронций способен к замещению кальция и калия в их минералах. Повышенное содержание стронция наблюдается в магматических породах основного состава, в карбонатах и эвапоритах. Определенный вклад в накопление стронция в пахотных горизонтах вносит и его поступление с удобрениями. Содержание стронция в пахотных горизонтах варьирует в пределах от 70-100 мг/кг до 250-300 мг/кг. Пониженное содержание стронция наблюдается в почвах на бедных песках (аллювий) и некоторых моренах (обычно подстилаемых карбонатными дочетвертичными породами). Повышенное содержание стронция наблюдается в верхних горизонтах многих почв Карелии, что сближает эту территорию с Финляндией, Швецией и Норвегией (рис. 2).
Таблица 1. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почвах (мг/кг)
Атомный № Элементы Валовое содержание элементов Подвижная форма*
Почвы Северо-Запада России, пахотный горизонт (ТОР) ТОР/ ВОТ, медиана Почвы мира [10] Почвы Севе-ро-Запада России, пахотный горизонт
Медиана Максимум Минимум
23 Ванадий 34 180 5 0.8 90 Не опр.
24 Хром 30 96 12 0.9 80 0.10
25 Марганец 472 1200 155 1.3 530 26.0
27 Кобальт 5.8 20 1 0.9 10 0.14
28 Никель 10 48 3 0.8 20 Не опр.
29 Медь 9** 160 3 0.7 25 0.35
30 Цинк 48 172 21 1.4 70 1.2
33 Мышьяк 6 16 1 0.8 5 Не опр.
38 Стронций 119 309 60 1.0 240 9.0
42 Молибден <0.6** 1.73** <0.6** не опр. 1.2 Не опр.
48 Кадмий 0.11 0.20 0.05 2.5 0.3 «
50 Олово 1.0** 4.0 0.5 1.0 4.0 «
82 Свинец 16 36 9 1.2 17 <0.5
"Содержание элемента в вытяжке буферного раствора ацетата аммония с рН 4.5 определено на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой.
** Данные масс-спектрометрического анализа.
<50
50-77
77-149
149-195
195-228
228-321
<321
Территория Северо-Запада России
Рис. 2. Распределение стронция в пахотном горизонте почв Северной Европы.
Доля подвижного (ацетатно-аммонийная вытяжка) стронция от валового содержания составляет около 8% в пахотном горизонте (см. табл. 1). Содержание стронция коррелирует с количеством таких элементов, как алюминий (г=0.61), барий (г=0.66), кальций (г=0.70).
Цинк. Цинк - жизненно необходимый элемент для биоты и один из распространенных поллютантов. Пахотные горизонты во всех странах обогащены цинком по сравнению с породой (рис. 3). В большинстве исследованных почв Северо-Запада России содержание цинка находится в пределах от 20 до 60 мг/кг (медианная концентрация - 48 мг/кг). Среди пахотных почв выделяются почвы на ленточных глинах с повышенным содержанием цинка и почвы на шунгитах - с аномально высоким содержанием (см. табл. 2).
180 160 140 120 100 80
и
о; о н
2 бо
X
40 20 0
I
т
ВЕЬЕЭТ Н\ СЕН ЫУ 1ЛТ Ш* РОЬ киз т
ВЕЬЕЭТ БШ СЕЯ Ш ПТ МЖ РОЬ ЮЯ 5УУЕ
Рис. 3. Содержание цинка в пахотном горизонте и коэффициент ТОР/ВОТ. Условные обозначения, как на рис. 1.
Таблица 2. Валовое содержание тяжелых металлов (рентген-флуоресцентный метод анализа) в пахотных почвах на различных породах (мг/кг)
№ Название почвы Горизонт Гранулометрический состав Со Сг Си № РЬ V гп Мо
2 Агрозем глеевый, Карельский перешеек Р Почвы на бескарб легкий суглинок онатнъ 4 а море 26 нах <10 <3 16 32 57 <2
С средний суглинок <3 45 <10 8 22 60 55 2
12 Агродерново-глубокоподзоли-стая, Ленинградская обл. Р « « <3 33 19 <3 24 34 63 3
С « « <3 36 17 23 23 35 55 <2
13 Агродерново-подзолистая глееватая, Ленинградская обл. Р « « 5 21 31 <3 32 31 70 <2
С « « 5 23 13 <3 36 41 46 <2
14 Агродерново-глубокоподзоли-стая, Ленинградская обл. р средний суглинок <3 31 46 <3 26 30 42 <2
с тяжелый суглинок 9 65 26 24 20 90 83 4
18 Агродерново-глубокоподзоли-стая, Псковская обл. р легкий суглинок <3 22 26 <3 14 27 41 3
с « « 10 44 23 10 16 46 43 <2
Продолжение табл. 2
№ Название почвы Горизонт Гранулометрический состав Со Сг Си № РЬ V Ъа Мо
25 Агродерново-мелкоподзоли-стая, Ленинградская обл. Р легкий суглинок 5 36 11 4 17 40 57 <2
С средний суглинок 4 30 29 16 13 31 45 3
35 Агродерново-глубокоподзоли-стая, Ленинградская обл. Р легкий суглинок 6 41 13 7 15 53 49 <2
С средний суглинок 10 59 23 21 10 83 49 <2
36 Агродерново-мелкоподзоли-стая, Ленинградская обл. р средний суглинок 9 59 47 13 17 68 48 <2
с « 11 66 37 32 14 79 57 3
52 Агродерново-глубокоподзоли-стая, Псковская обл. р легкий суглинок <3 21 14 <3 21 25 50 <2
с средний суглинок 4 24 <10 4 10 32 29 <2
72 4 Агродерново-глубокоподзоли-стая, Псковская обл. Дерново-глеевая, Карельский перешеек р супесь <3 29 <10 <3 14 20 40 <2
с Почвх Р легкий суглинок л на озерно-ледник средний суглинок <3 овых су 1 26 глинка 74 12 к и глин 57 14 ах 28 11 27 33 79 30 82 2 10
С тяжелый суглинок 27 99 36 43 19 123 115 18
26 Агродерново-поверхностно-элювиально-глееватая, Ленинградская обл. Р средний суглинок 12 61 35 19 12 95 76 <2
С легкая глина 19 96 28 48 10 102 84 14
32 Агродерново-поверхностно-элювиально-глееватая, Карелия Р средний суглинок 7 62 17 15 18 55 63 3
С легкая глина 16 58 97 23 12 67 57 <2
41 Агродерново-поверхностно-элювиально-глееватая, Карелия Р легкий суглинок 19 95 36 41 17 120 129 18
С тяжелая глина 21 109 44 49 15 123 105 14
56 Агрозем элюви-ально-глееватый, Новгородская обл. р глина 14 85 52 22 21 101 90 7
с глина 22 113 34 59 18 137 106 18
61 128 Агродерново-поверхностно-элювиально-глееватая, Карелия р тяжелый суглинок 13 68 36 27 11 77 80 5
с тяжелая глина 13 97 52 45 10 108 86 17
Окончание табл. 2
№ Название почвы Горизонт Гранулометрический состав Со Сг Си № РЬ V Ъа. Мо
10 Агрозем иллюви-ально-железистый Ленинградская обл. Поч Р вы на озерно-ледни супесь ковых <3 ксках 32 1супео 19 IX 4 26 26 55 <2
С « 4 55 <10 18 5 55 24 <2
50 Агродерново- подзолистая, Карелия Р супесь 7 34 14 <3 22 32 58 <2
С « 5 45 <10 4 14 57 44 <2
66 Агродерново-подзол иллюви-ально-железистый, Карелия Р супесь <3 12 <10 <3 12 <3 45 <2
С « <3 7 <10 <3 <4 <3 14 <2
68 3 Агродерново-подзол глеева-тый, Карелия Агродерново-глубокоподзоли-стая, Карельский перешеек Р « <3 96 <10 9 12 53 27 <2
С Р песок Почвы на флювиоа супесь 5 чяциалъ <3 19 >ных пе 28 <10 сках 17 8 6 6 25 30 20 21 49 <2 <2
С « 5 35 25 7 15 46 37 3
33 Агрозем альфе-гумусовый, Карелия Р песок <3 23 <10 <3 9 26 39 <2
с « <3 3 <10 <3 8 22 13 <2
38 Агродерново-подюл ишповиаль-но-железистый, Ленинградская обл. р супесь <3 26 <10 <3 15 38 42 <2
с песок <3 16 36 8 13 31 45 <2
44 Агрозем иллювиаль но-железистый, Карелия р супесь <3 25 13 <3 18 30 59 5
с песок <3 29 <10 12 7 46 28 <2
58 Агродерново-мелкоподзоли-стая, Новгородская обл. р супесь <3 17 17 <3 21 21 63 <2
с песок 5 6 <10 <3 24 17 35 <2
73 63 Агродерново-подзол глеева-тый, Псковская обл. Литозем темный, Карелия р супесь <3 21 <10 <3 9 5 18 <2
с р песок Почвы на элю легкий суглинок <3 вии шу} 20 8 <гитов 47 28 160 <3 46 5 22 <5 180 6 172 <2 16
с супесь 32 50 274 71 14 234 178 20
Основную роль здесь играет литологический фактор. Так, среди осадочных пород, наиболее обогащенны цинком сланцы. Высокое содержание цинка в ленточных глинах связано с фиксацией этого элемента глинистыми минералами. Аккумуляция цинка в пахотных горизонтах обусловлена тем, что он, согласно классификации А. И. Перельмана [14], является элементом сильного биологического накопления, а также антропогенным привносом и последующей фиксацией этого элемента органическим веществом. В ацетат-но-аммонийную вытяжку переходит в среднем 2% от валового цинка, содержащегося в пахотном горизонте. Корреляция между валовым и подвижным (извлекаемым ацетатно-аммонийной вытяжкой) цинком в пахотном горизонте отсутствует. Содержание цинка в почвах положительно коррелирует с содержанием таких элементов, как алюминий (г=0.65), железо(г=0.74), кобальт (г=0.69), ванадий(г=0.66), марганец (г=0.67).
Кадмий. Кадмий, как правило, замещает цинк в сфалерите, а также кальций и марганец в таких широко распространенных силикатах, как биотит и амфиболы. Среди магматических пород кадмий концентрируется в основных (габбро, базальты), а среди осадочных пород накапливается в тонкозернистых сланцах. В общем этот элемент склонен концентрироваться в поверхностных горизонтах почв и ассоциироваться с органическим веществом.
Медианная концентрация кадмия в пахотном горизонте почв Северо-Запада России составляет 0.11 мг/кг. Повышенные (в 2-5 раз) концентрации кадмия отмечаются в некоторых почвах на ленточных глинах и в почвах на шунгитах. В большинстве почв распределение кадмия аккумулятивное (ТОР/ВОТ >1, Содержание кадмия в почвах тесно коррелирует с содержанием свинца (г= 0.74), в меньшей степени - с количеством мышьяка и цинка (г=0.53).
Олово. Олово - редкий элемент, занимающий 50-е место по распространенности в земной коре. Помимо собственных минералов (касситерит, станнит), может входить в кристаллическую решетку многих других, включая амфиболы и слюды. Из-за склонности ассоциироваться с органическим веществом, олово накапливается в пахотном горизонте почв. Концентрации этого элемента в исследованных почвах очень низкие: ниже порога определения рентгенфлуоресцентным методом, а в вытяжке НР - около 1 мг/кг почвы (см. табл. 1).
Свинец. Большая часть свинца связана в обычных силикатных минералах (прежде всего калиевых полевых шпатах и слюдах, в меньшей степени - в плагиоклазах и апатите), так как он способен замещать Са2+ и К+. Свинец накапливается в кислых сериях магматических пород и в глинистых осадках, В почвах преобладает содержание свинца 10-20 мг/кг как для поверхностных, так и для нижних горизонтов (рис. 4). Повышенная концентрация свинца в верхнем горизонте, как правило, встречается на пашнях, расположенных вблизи транспортных магистралей, и объясняется воздействием выбросов автотранспорта. В нижних горизонтах относительно повышенное (свыше 20 мг/кг) содержание свинца отмечается в некоторых моренных суглинках, в том числе карбонатных. Количество свинца, переходящего в ацетатно-аммонийную вытяжку, в почвах России составляет менее 0.5 мг/кг (см. табл. 1), что свидетельствует об отсутствии фонового загрязнения почв этим элементом. Содержание свинца в поверхностных горизонтах почв коррелирует с содержанием цинка (г=0.53).
Ванадий. Ванадий часто встречается в составе магнетита. Этим элементом богаты магматические породы основного состава, а из осадочных пород - черные сланцы. Подвижный ванадий сорбируется гидроксидами железа и марганца, глинами и органическим веществом. В пахотном горизонте почв России содержание ванадия чаще всего составляет от 20 до 60 мг/кг (медиана - 34 мг/кг). Повышенное (до 80 и выше мг/кг) содержание ванадия наблюдается в почвах на ленточных глинах. В почвах на элювии шунгитов
|M <9.2
/Xf
9.2-12.4
12.4-15.7
15.7-19.0
19.0-22.2
22.2-27.1
>27
Территория Северо-Запада России
Рис. 4. Распределение свинца в пахотном горизонте почв Северной Европы.
содержание ванадия повышается до 150-250 мг/кг. Максимальное содержание ванадия отмечается в почвах Норвегии, Швеции. Финляндии (рис. 5). Наблюдается слабый вынос ванадия из пахотного горизонта почв России, наряду с Финляндией, Латвией и Швецией. Валовое содержание ванадия в пахотном горизонте наиболее тесно коррелирует с содержанием кобальта (г=0.79), алюминия(г=0.74), железа (г=0.88), цинка(г=0.66).
Хром. Хром находится на 21-м месте по распространенности в земной коре. Среди магматических пород этим элементом в наибольшей степени обогащены ультраосновные,
BELEST FINGER ШИТ NCR POL RUSSWE
ВЕЕЕБТ ПК вШ Ш LIT N91 РОМОВ ЯМЕ
Рис. 5. Содержание ванадия в пахотном горизонте и коэффициент ТОР/ВОТ. Условные обозначения, как на рис.1.
среди осадочных пород - сланцы. В России в большинстве пахотных горизонтов почв содержание хрома - 20-40 мг/кг, в нижних горизонтах - 20-60 мг/кг. Отношение ТОР/ВОТ равно 0.9, что показывает слабый вынос элемента из верхних горизонтов почв (см. табл. 1). Пониженное содержание хрома наблюдается в основном в почвах на песчаных и супесчаных породах разного генезиса, а повышенное (от 60 до 80-100 мг/кг) - в почвах на ленточных глинах и некоторых озерных супесях Карелии. В ацетатно-аммоний-ную вытяжку переходит всего 0.3% хрома от его валового содержания в пахотном горизонте. Наиболее тесно валовое содержание хрома в пахотном горизонте коррелирует с содержанием никеля (г=0.97), магния (г=0.67), железа(7-=0.59) и кобальта (г=0,58).
Марганец. Широко распространенный в земной коре элемент. Среди осадочных пород наибольшей концентрацией марганца отличаются сланцы и известняки. В среднем почвы Северо-Запада России содержат в пахотном горизонте 472 мг/кг марганца (см. табл,1). Марганец биологически накапливается в пахотном горизонте почв (ТОР/ВОТ=1.5). В ацетатно-аммонийную вытяжку переходит 6% от валового марганца в пахотном горизонте. Наиболее тесно валовое содержание марганца в пахотном горизонте коррелирует с содержанием железа (г=0.68), кобальта (г=0.63) и цинка (г=0.62)
Кобальт. Большая часть кобальта присутствует в почвах в составе железистых и магниевых силикатов. Среди осадочных пород наибольшие концентрации кобальта отмечаются в сланцах, наименьшие - в песчаниках и известняках. Медианная концентрация кобальта в пахотном горизонте почв России - 5.8 мг/кг, более высокие содержания отмечаются только в Скандинавских странах (рис. 6). Содержание кобальта во всех странах показывает обеднение пахотного горизонта в сравнении с породой. В аммонийно-ацетат-ную вытяжку переходит 2-4% кобаяьта, извлекаемого НБ (см. табл. 1).
BEL EST FINGER Ш LIT NOR POL RLS SWE
BEL EST FIN GER Ы5/ LIT NOR POL RUS SWE
Рис.. 6. Содержание кобальта в пахотном горизонте и коэффициент ТОР/ВОТ.
Условные обозначения, как на рис.1.
Никель. Никель довольно широко распространен в земной коре. Этот элемент формирует ряд собственных минералов, а также входит в кристаллическую решетку ферро-магнезиальных минералов, прежде всего оливина. Наибольшее содержание никеля отмечается в основных породах, а из осадочных - в сланцах, В пахотных горизонтах, как правило, мало никеля (чаще менее 10 мг/кг). Повышенным (10-20 мг/кг и несколько более) содержанием никеля отличаются почвы на ленточных глинах. Резко (почти до 50 мг/кг) повышено содержание никеля в почвах на шунгитах (см. табл. 2). Как правило, никель выносится из пахотного горизонта (см. табл. 1). Тесная корреляция отмечается между валовым содержанием никеля в пахотном горизонте и содержанием кобальта (г=0.91), хрома (г=0.91), ванадия (г=0.88).
Мышьяк. Этот элемент стоит на 53-м месте по распространенности в земной коре. Минерал мышьяка арсенопирит встречается во многих горных породах. Мышьяком обогащены черные сланцы, каменный уголь. Этот элемент сильно сорбируется гидроксидами железа и марганца. В поверхностных горизонтах почв Северо-Запада России медианная концентрация мышьяка составляет 6 мг/кг. Значительно повышенная концентрация мышьяка выявлена в Карелии в почвах на шунгитовых сланцах - 11мг/кг в верхней и 27 мг/кг в нижней части почвенного профиля. Исследованные пахотные почвы России не загрязнены мышьяком (см. табл. 1). Установлена достоверная корреляция между валовым содержанием мышьяка и цинка (г= 0.59) в пахотном горизонте.
Выводы. 1. Выявлены и охарактеризованы фоновые содержания и вариабельность тяжелых металлов и мышьяка в пахотных почвах на территории Северо-Запада России. 2. Территориальное распределение тяжелых металлов и мышьяка в пахотном горизонте почв контролируется в основном вещественным составом почвообразующих пород. Концентрация многих элементов (в том числе Си и Sr) отражает зависимость от локализации точек опробования на территории Балтийского кристаллического щита или Русской платформы. Высокой концентрацией целого ряда элементов выделяются черные шунгитовые сланцы, ленточные глины и почвы, сформированные на этих породах. 3. Для большинства элементов разница концентраций между пахотным горизонтом и горизонтом «породы» невелика. Исключение составляет ряд элементов, которые достоверно концентрируются в пахотном горизонте. К ним относятся: кадмий, свинец, цинк, марганец. 4. Большая часть изученных нами пахотных почв Северо-Запада России не загрязнена тяжелыми металлами, о чем свидетельствует незначительная концентрация биологически доступных микроэлементов в апетатко-аммонийной вытяжке. 5. Влияние на почвы техногенного загрязнения прослеживается в отдельных случаях и выражается в повышенной концентрации свинца, цинка, меди в пахотном горизонте по сравнению с породой. Практически все эти случаи можно объяснить воздействием выбросов автотранспорта и сельскохозяйственной техники.
Результаты, изложенные в настоящей работе, дают представление о региональном геохимическом фоне пахотных почв обследованной территории. Можно предположить, что региональные различия в составе почв оказывают влияние на качество выращенной на этих почвах сельскохозяйственной продукции, что отражается на здоровье людей. Знание фоновых концентраций создает предпосылки к осуществлению двусторонней регуляции содержания микроэлементов в почвах для достижения их оптимальной концентрации.
Summary
Matinian N. N., Reimann К., Bakhmatova К. A., Rusakov A. V. The background concentrations of heavy metals and As in arable soils of the Baltic region.
The data of the international soil geochemical mapping of the Baltic Sea basin are analyzed. The arable soils of 10 countries were investigated. The background concentrations of heavy metals and As in the arable soils of North-West Russia were compared with those concentrations in the other countries of the Baltic region.
Литература
1. Зборищук Ю. #., Зырин Н. Г. Содержание В, Мп, Со, Си, Мо в почвах Европейской части СССР//Агрохимия. 1974. №3. С. 88-94. 2. Зборищук Ю. Я„ Зырин Н. Г. Медь и цинк в пахотном слое почв Европейской части СССР // Почвоведение. 1978. №1. С. 38-43.3. Зырин Н. Г. Распределение и варьирование содержания микроэлементов в почвах Русской равнины // Почвоведение. 1968. №7. С. 77-87. 4. Крым И. Я. Микроэлементы в подзолистых тяжелосуглинистых
почвах Ленинградской области // Почвоведение. 1971. №5. С. 128-132.5. Матинян Н. Н., Гагарина Э. И., СчастнаяЛ. С., Сапрыкин Ф. Я., Кулачкова А. Ф. Геохимическая характеристика почвенного покрова Северо-Запада Нечерноземной зоны РСФСР // Вестн. Ленингр. ун-та. 1985. №9. С. 91-99.6. Матинян Н. #., Бахматова К. А. Микроэлементный состав почв Приневской низменности // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. 3. 2000. Вып.1 (№3). С. 102-115. 7. Першин Г. А., Мартынов А. Н., Блиев Ю. К., Красновидов А. Н. Содержание микроэлементов в некоторых почвах Ленинградской области //Почвоведение. 1981. №9. С. 122-127.8. Почвенно-геохимические карты Ленинградской области. Масштаб 1:600 000. Объяснительная записка. Л., 1984. 9. Руднева Е. Н., Веригина К. В., Добрицкая Ю. И. О содержании микроэлементов в некоторых почвообразующих породах и почвах Карелии// Почвоведение. 1972. №10. С. 26-38. 10. Reimann С., Siewers U., Taroainen Т., Bityukova L,, ErikssonJ., CulucisA., Gregorauskiene V., Lukashev V., Matinian N., Pasieczna A. Agricultural soils inNothern Europe: a Geochemical Atlas. Hanover, 2003.11. TukeyJ. W. Exploratory data analysis. Addison-Wesley, Reading, 1977. 12. Гагарина Э. И., Матинян H. H., Счастная Л. С., Касаткина Г. А. Почвы и почвенный покров Северо-Запада России. СПб., 1995.13. Геоморфология и четвертичные отложения Северо-Запада Европейской части СССР (Ленинградская, Псковская и Новгородская области). Л., 1969.14. Перельман А. И. Геохимия. М., 1979.
Статья принята к печати 19 февраля 2007 г.
